CN105931506A

CN105931506A - 一种基于增强现实的儿童涂色系统及其显示方法

Info

Publication number: CN105931506A
Application number: CN201610544858.3A
Authority: CN
Inventors: 赵良华; 张圣明; 单伟; 解长庆
Original assignee: DALIAN NEW VISION MEDIA Co Ltd
Current assignee: Dalian saide Boqiang Culture Technology Co., Ltd
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: CN105931506B

Abstract

本发明属于增强现实技术在儿童早教领域的应用，具体涉及一种基于增强现实的儿童涂色系统和其显示方法。一方面提供一种系统，其包括由涂色区域和非涂色区域构成的用于增强现实的图像。还提供了上述系统的显示方法：1、用户启动程序，首先进行权力验证；2、启动摄像机，获取现实世界环境，同时，使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域；3、根据步骤2识别出的非涂色区域匹配提取在装置存储单元上对应富媒体文件；同时，使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域；4、使用运算单元，将步骤3获取的涂色区域上的信息，在相应三维模型上进行贴图和叠加；5、在显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、步骤4中经过重新贴图和叠加的富媒体文件。

Description

一种基于增强现实的儿童涂色系统及其显示方法

技术领域

本发明属于增强现实技术在儿童早教领域的应用，具体涉及一种基于增强现实的儿童涂色系统和其显示方法。

背景技术

二到七岁被视为是儿童右脑功能开发的黄金期，幼儿美术的启蒙教育对儿童早期智能力开发起着至关重要的作用。绘本被视为是艺术的一种，无论意义或实际运用，都给人更加精致细腻的艺术感受。其特点包括提供有意义背景情境、建构基础能力、提供情感的抒发、提升学习兴趣、经验学习的媒介。儿童涂色的过程是锻炼手眼协调性的过程，可以帮助儿童锻炼手指的精细肌肉，练习控笔，强化肌肉记忆。增强现实是一种把虚拟化技术加到使用者感官知觉上再来观察世界的方式。增强现实技术正在各种平台上使用，包括电视机、平板电脑，以及在一定的程度上的便携装置，比如手机。

现有的类似发明主要是对单一卡通形象涂色，通过摄像头获取涂色信息后，在三维模型中显示。现有技术中，由于缺少艺术性修饰，直接获取儿童涂色信息显示这种方式降低了模型美感和细腻程度，观看时体验糟糕，而且对单一卡通形象进行涂色无法构成情景、没有情感传递、不能提升学习兴趣，并且无法提供具有强烈代入感的交互方式，进而也没有为图书的正版进行有效的权力验证和保护。因此，提供一套完整的从教育、学习、互动以及版权验证的用于儿童涂色学习的增强现实图书、系统和方法是非常必要的。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种基于增强现实的儿童涂色系统和其显示方法，其在增强现实环境下将儿童涂色内容贴图到三维模型上；创新地将现实世界环境、涂色内容、人脸照片和普通照片结合显示，以达到显示场景更生动，增强代入感，提升儿童学习兴趣的目的。

为达到上述目的，一方面本发明提供的技术方案是一种基于增强现实的儿童涂色系统，其包括由涂色区域和非涂色区域构成的用于增强现实的图像。

优选的，其系统还包括与所述图像内容相关的知识点、填写姓名区域、填写日期区域、评分区域，以及该图像名称的中文简体汉字、汉语拼音、中文简体汉字描红和英文名称。

另一方面本申请提供了上述系统的显示方法，其具体步骤如下：

步骤1：用户启动程序，首先进行权力验证；

步骤2：启动摄像机，获取现实世界环境，同时，使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域；

步骤3：根据步骤2识别出的非涂色区域匹配提取在装置存储单元上对应富媒体文件（包含三维模型）；同时，使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域；

步骤4：使用运算单元，将步骤3获取的涂色区域上的信息，在相应三维模型上进行贴图和叠加；

步骤5：在显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、步骤4中经过重新贴图和叠加的富媒体文件；

步骤6：用户通过装置的交互控制单元控制富媒体文件的进行开始、暂停和停止的操作。

上述步骤1具体为开启装置摄像机，读取儿童涂色绘本上的验证码，同时，获取装置序列号，转换成字符串后，使用通讯模块连接数据库，对上述字符串进行比对、匹配和绑定，获得正确结果时，激活装置存储单元上的数据包。

优选所述步骤3中富媒体文件为三维模型和辅助三维模型产生更好体验的动画、音频、特效中的一种或多种。

所述步骤3使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域的颜色、涂色肌理和图案。

所述步骤4中在相应三维模型上进行贴图和叠加的具体步骤为：将获取的涂色区域上的颜色优化同色系更鲜明的色彩在相应三维模型上进行贴图；将获取的涂色区域上的涂色肌理在相应的三维模型上进行贴图叠加；将获取的涂色区域上的图案在相应三维模型上进行贴图叠加；根据三维模型物理特征在涂色区域的高光部分增加高光贴图叠加，在涂色区域的阴影部分增加阴影贴图叠加。

用户还可以在上述步骤的基础上，通过使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域的特定图案，然后，从摄像机或存储单元获取人脸照片，贴图到具有卡通人形特征的特定三维模型面部位置，实现角色扮演的效果；在装置的显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、上述经过重新贴图和叠加的三维模型、动画、音频和特效；用户通过装置的交互控制单元控制三维模型、动画、音频、特效进行开始、暂停和停止的操作。

在所述步骤4和步骤5之间还可以包括一个步骤：从摄像机或存储单元获取真实物体视图，贴图到步骤4获得的贴图和叠加后的三维模型上，获得第二次贴图后的三维模型，在显示器上显示第二次贴图后的三维模型。比如，用户可以通过使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域的特定图案，然后，从摄像机或存储单元获取普通照片，贴图到具有照片相框特征的特定三维模型上，实现增强现实环境下的用户自定义涂色相框中呈现照片的效果；在装置的显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、上述经过重新贴图的三维模型、动画、音频和特效；用户通过装置的交互控制单元控制三维模型、动画、音频、特效进行开始、暂停和停止的操作。

所述三维模型是三维模型组件，三维模型组件包括若干三维模型，若干三维模型组成一个情景或故事。其中涂色部分为三维模型组件的主体，其它三维模型配合主体构建一个情景或故事，来帮助儿童理解和认知该主体。

本发明中部分术语的解释：“现实世界”：取自现实世界环境的持续图像，比如使用摄像机记录物理现实世界的情况。“涂色区域”：由一个或几个有意义图形勾线内留白的区域，该区域用于涂色和 Vuforia AR 单元获取贴图图像时使用。“非涂色区域”：一幅有意义的画面中除“涂色区域”以外的其它区域，该区域用于 Vuforia AR 单元进行标记识别。

“权力验证”：将涂色书上的验证二维码与装置上的序列号进行匹配，判断是否有权利运行程序内容。

本发明的有益效果：将在增强现实环境下简单涂色贴图到三维模型的过程进行了优化，多层次叠加，使得画面色彩更鲜艳、质感更丰富、立体感更强；实现场景更多元、生动；并且将无法构成情景的单个简易三维模型创新地拓展为具有情景、故事性、代入感的三维模型组件，实现在增强现实环境下，以涂色为基础，使儿童的绘画作品与现实场景结合显示，具有沉浸式代入感的亲子互动的学习方法，提高儿童学习兴趣；同时，还提供了在增强现实环境下的权力验证方法，保护版权方和用户的合理合法利益。

附图说明

图1为本发明中系统的结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的构架图；

图4为本发明中权力验证流程图；

图5为本发明中用于增强现实的图像；

图中：1、涂色区域，2、非涂色区域。

具体实施方式

一种基于增强现实的儿童涂色系统包括：一幅由“涂色区域”和“非涂色区域”构成的用于增强现实的图像、与该图像内容相关的知识点、填写姓名区域、填写日期区域、评分区域，以及该图像名称的中文简体汉字、汉语拼音、中文简体汉字描红和英文名称。

上述涂色系统的显示方法为用户启动程序，首先进行权力验证，步骤如下：开启装置摄像机，读取儿童涂色绘本上的验证码，同时，获取装置序列号，转换成字符串后，使用通讯模块连接数据库，对上述字符串进行比对、匹配和绑定，获得正确结果时，激活装置存储单元上的数据包。

验证成功，启动摄像机，获取现实世界环境，同步的，使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域，用于匹配提取在装置存储单元上对应的三维模型、动画、音频和特效；同时，使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域的颜色、涂色肌理和图案；使用运算单元，将获取的涂色区域上的颜色优化同色系更鲜明的色彩在相应三维模型上进行贴图；将获取的涂色区域上的涂色肌理在相应的三维模型上进行贴图叠加；将获取的涂色区域上的图案在相应三维模型上进行贴图叠加；根据三维模型物理特征在涂色区域的高光部分增加高光贴图叠加，在涂色区域的阴影部分增加阴影贴图叠加；在装置的显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、上述经过重新贴图和叠加的三维模型、动画、音频和特效；用户通过装置的交互控制单元控制三维模型、动画、音频、特效的进行开始、暂停和停止的操作。

进而，用户还可以在上述步骤的基础上，通过使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域的特定图案，然后，从摄像机或存储单元获取人脸照片，贴图到具有卡通人形特征的特定三维模型面部位置，实现角色扮演的效果；在装置的显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、上述经过重新贴图和叠加的三维模型、动画、音频和特效，实现多次贴图叠加；用户通过装置的交互控制单元控制三维模型、动画、音频、特效的进行开始、暂停和停止的操作。

另外，用户还可以通过使用 Vuforia AR 单元识别非涂色区域的特定图案，然后，从摄像机或存储单元获取普通照片，贴图到具有照片相框特征的特定三维模型上，其实质为两次贴图；第一次为涂色区域在调用的简单三维模型贴图；另一次为获取真实物体视图在已叠加的三维模型上再次叠加。实现增强现实环境下的用户自定义涂色相框中呈现照片的效果；在装置的显示器上显示摄像机获得的现实世界环境、上述经过重新贴图的三维模型、动画、音频和特效；用户通过装置的交互控制单元控制三维模型、动画、音频、特效的进行开始、暂停和停止的操作。

本实施例的有益效果：提供一套完整的基于增强现实的儿童涂色系统和其显示方法。优势在于将在增强现实环境下简单涂色贴图到三维模型的过程进行了有美术教学意义的修饰，使得画面色彩更鲜艳、质感更丰富、立体感更强。并且将无法构成情景的单个简易三维模型创新地拓展为具有情景、故事性、代入感的三维模型组件，用户在涂色的基础上，可以将人脸照片、普通照片应用在人形模型和相框模型上，经行多次贴图叠加，实现在增强现实环境下，以涂色为基础，具有沉浸式代入感的亲子互动的学习方法，一定程度上锻炼儿童的动手能力；同时，还提供了在增强现实环境下的权力验证方法，保护版权方和用户的合理合法利益。

Claims

1.一种基于增强现实的儿童涂色系统，其特征在于：包括由涂色区域和非涂色区域构成的用于增强现实的图像。

2.根据权利要求1所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统，其特征在于：还包括与所述图像内容相关的知识点、填写姓名区域、填写日期区域、评分区域，以及该图像名称的中文简体汉字、汉语拼音、中文简体汉字描红和英文名称。

3.一种权利要求1所述系统的显示方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：用户启动程序，进行权力验证；

步骤3：根据步骤2识别出的非涂色区域匹配提取在装置存储单元上对应富媒体文件，富媒体文件包括三维模型；同时，使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域；

步骤4：使用运算单元，将步骤3获取的涂色区域上的，在相应三维模型上进行贴图和叠加，获得贴图和叠加后的三维模型；

步骤5：在显示器上显示摄像机获得的现实世界环境和步骤4中获得的贴图和叠加后的三维模型。

4.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述具体步骤还包括用户通过装置的交互控制单元控制富媒体文件的进行开始、暂停和停止的操作。

5.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述步骤1具体为开启装置摄像机，读取儿童涂色绘本上的验证码，同时，获取装置序列号，转换成字符串后，使用通讯模块连接数据库，对上述字符串进行比对、匹配和绑定，获得正确结果时，激活装置存储单元上的数据包。

6.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述步骤3中富媒体文件为三维模型和动画、音频、特效中的一种或多种。

7.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述步骤3使用 Vuforia AR 单元识别涂色区域的颜色、涂色肌理和图案。

8.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述步骤4中在相应三维模型上进行贴图和叠加的具体步骤为：将获取的涂色区域上的颜色优化同色系更鲜明的色彩在相应三维模型上进行贴图；将获取的涂色区域上的涂色肌理在相应的三维模型上进行贴图叠加；将获取的涂色区域上的图案在相应三维模型上进行贴图叠加；根据三维模型物理特征在涂色区域的高光部分增加高光贴图叠加，在涂色区域的阴影部分增加阴影贴图叠加。

9.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：在所述步骤4和步骤5之间还包括一个步骤：从摄像机或存储单元获取真实物体视图，贴图到步骤4获得的贴图和叠加后的三维模型上，获得第二次贴图后的三维模型，在显示器上显示第二次贴图后的三维模型；所述真实物体视图为用户照片。

10.根据权利要求3所述的一种基于增强现实的儿童涂色系统的显示方法，其特征在于：所述三维模型是三维模型组件，三维模型组件包括若干三维模型，若干三维模型组成一个情景或故事。